计划于2017年前后发射的嫦娥五号，其预定任务是实施月壤无人自动取样并返回。确定的有效取样方式是使用空心外螺旋钻冲击回转钻进取样。但是目前螺旋钻钻进机理研究并不成熟，比如钻杆排粉过程，钻头碎岩过程及钻头钻杆周围月壤位移场。其中，钻杆排粉能力将影响螺旋钻进效率，钻头产生的破碎岩石可能引起空心的岩芯获取装置堵塞，造成月壤获取量少甚至取样失败。因此，应月壤钻探的紧迫需求，同时为揭开螺旋钻进机理的神秘面纱，本文提出采用X射线成像技术对模拟月壤钻探过程进行三维可视化研究。具体是采用DR（DigitalRadiography，数字化X射线摄影）连续成像方式获取模拟月壤在钻探过程的运动状态，这实际上就是基于DR图像的运动检测跟踪问题。　　根据典型运动检测跟踪问题处理流程，本文主要工作内容和创新点包括:　　(1)借鉴工业和医学DR图像处理，介绍了常用的DR图像校正方法，并针对获取的实测数据的特殊性，对由被测件厚度变化造成的图像灰度不均匀进行了校正。通过对图像分割算法进行深入调研，使用合适的算法对实测DR图像进行处理，提取出图像中感兴趣的区域。　　(2)针对二值图像中钻杆钻头与目标粒子粘结严重的问题，使用合适的图像分离算法将不同类目标自动区分开来，有利于大规模图像序列的处理。对DR图像运动检测中常见的圆形目标和本文刻画的椭圆形目标，深度调研了圆形、椭圆形目标检测算法，并对算法定位精度、处理速度等进行了对比。　　(3)针对本文所提出的旋转单视点成像方式，提出了基于形状信息的三维重建方法，以解决由单成像设备带来的信息缺失问题。通过仿真实验验证了算法的有效性和稳定性。经对目标跟踪结果误差分析表明，跟踪误差与探测器分辨率和目标尺寸有关。与多视点成像方法相比，设备简单且跟踪精度相当。